JPH01309321A - 金属配線構造の形成方法 - Google Patents
金属配線構造の形成方法Info
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
ＬＳＩの金属配線構造に係り、 Ｓｉが添加されていな
いアルミニウムＡ１配線層と下地のＳｉとの間にバリア
層を形成する方法に関し。
いアルミニウムＡ１配線層と下地のＳｉとの間にバリア
層を形成する方法に関し。
バリア層形成後の熱処理を行わないで、八】と３１の相
互拡散のない良好なバリア層を形成する方法を得ること
を目的とし。
互拡散のない良好なバリア層を形成する方法を得ること
を目的とし。
珪素（Ｓｉ）基板とアルミニウム（Ａｌ）を含む配線層
との間にバリア層を形成するに際し、リアクティブスパ
ッタ法により、該基板の温度を１５０℃以下に保持し、
該基板を接地電位に対して負の電位を印加して高融点金
属を含む物質からなるバリア層を該基板上に形成するよ
うに構成する。
との間にバリア層を形成するに際し、リアクティブスパ
ッタ法により、該基板の温度を１５０℃以下に保持し、
該基板を接地電位に対して負の電位を印加して高融点金
属を含む物質からなるバリア層を該基板上に形成するよ
うに構成する。
本発明はＬＳＩの金属配線構造に係り、 Ｓｉが添加さ
れていないアルミニウムＡ１配線層と下地のＳｔとの間
に、八１とＳｉの相互拡散を防止するためのバリア層を
形成する方法に関する。
れていないアルミニウムＡ１配線層と下地のＳｔとの間
に、八１とＳｉの相互拡散を防止するためのバリア層を
形成する方法に関する。
近年、半導体素子の高集積化、高密度化に伴い。
その信頼性が要求される。そのために、 ＡＩ配線層の
組成は従来のＡＩとＳｉの相互拡散を防止するために開
発されたＡｌ−５ｉ （これはＡＩ中のＳｉの偏析によ
り信頼性を低下させていた）からＳｔを添加しない方向
に変化してきている。
組成は従来のＡＩとＳｉの相互拡散を防止するために開
発されたＡｌ−５ｉ （これはＡＩ中のＳｉの偏析によ
り信頼性を低下させていた）からＳｔを添加しない方向
に変化してきている。
しかしながら、 ＡＩとＳｉは製造プロセス中の熱処理
によって相互に固溶しあって、Ｓｉ基板中にピントを形
成し、素子特性の劣化を引き起こすことはよく知られて
いる。
によって相互に固溶しあって、Ｓｉ基板中にピントを形
成し、素子特性の劣化を引き起こすことはよく知られて
いる。
従って、 Ｓｉ基板上にＡＩ配線を形成するためには。
両者の相互拡散を防止するためのバリア層をその中間に
設けることが必要である。
設けることが必要である。
前記のバリア層として、最近注目されているのは、高融
点金属の窒化物や炭化物や硼化物の薄膜である。
点金属の窒化物や炭化物や硼化物の薄膜である。
これらの物質の薄膜は９通常１高融点金属をターゲット
としたりアクティブスパッタ法で形成されることが多い
。
としたりアクティブスパッタ法で形成されることが多い
。
ところが、このリアクティブスパッタ法では。
スパッタガスの分圧（窒化物を例にとれば、窒素分圧）
、ターゲットに投入する電力、基板温度。
、ターゲットに投入する電力、基板温度。
基板電位等の多くの成長条件によって形成される薄膜の
特性が変化し、従ってバリア層としての有効性も損なわ
れてしまうという欠点があった。
特性が変化し、従ってバリア層としての有効性も損なわ
れてしまうという欠点があった。
このような欠点を除去するために通常用いられている方
法は、薄膜形成後に酸素を含む雰囲気中で４８０℃、３
０分程度の熱処理を行って薄膜を変質させてバリア性を
向上させるものである。
法は、薄膜形成後に酸素を含む雰囲気中で４８０℃、３
０分程度の熱処理を行って薄膜を変質させてバリア性を
向上させるものである。
しかしこの方法では薄膜形成後に一旦大気中に取り出し
て熱処理を行うために、工程数の増加による基板ハンド
リングの煩雑や、基板上へのゴミの付着等の問題がある
。
て熱処理を行うために、工程数の増加による基板ハンド
リングの煩雑や、基板上へのゴミの付着等の問題がある
。
従って、前記のような熱処理を行う場合は製造歩留を低
下するといった問題を生じていた。
下するといった問題を生じていた。
本発明は、薄膜形成後の熱処理を行わないで。
ＡｔとＳｉの相互拡散のない良好なバリア層を形成する
方法を得ることを目的とする。
方法を得ることを目的とする。
上記課題の解決は、珪素（Ｓｉ）基板とアルミニウム（
Ａｌ）を含む配線層との間にバリア層を形成するに際し
、リアクティブスパッタ法により、該基板の温度を１５
０°Ｃ以下に保持し、該基板を接地電位に対して負の電
位を印加して高融点金属を含む物質からなるバリア層を
該基板上に形成する金属配線構造の形成方法により達成
される。
Ａｌ）を含む配線層との間にバリア層を形成するに際し
、リアクティブスパッタ法により、該基板の温度を１５
０°Ｃ以下に保持し、該基板を接地電位に対して負の電
位を印加して高融点金属を含む物質からなるバリア層を
該基板上に形成する金属配線構造の形成方法により達成
される。
高融点金属をターゲットとしたりアクティブスパッタの
際に、基板温度が２００℃以上になると薄膜は多結晶と
なり、良好なバリア特性が得られなくなる。これは多結
晶の結晶粒界をｉｊｌじてＡｉとＳｉの相互拡散が起こ
るためと考えられる。
際に、基板温度が２００℃以上になると薄膜は多結晶と
なり、良好なバリア特性が得られなくなる。これは多結
晶の結晶粒界をｉｊｌじてＡｉとＳｉの相互拡散が起こ
るためと考えられる。
本発明は基板温度を１５０℃以下に保持し、且つ前記基
板に負のバイアス電位を印加すると、薄膜は結晶粒界の
ないアモルファス状態になることにより、前記相互拡散
の起こる通路をなくして、熱的に安定なバリア層を形成
するようにしたものである。
板に負のバイアス電位を印加すると、薄膜は結晶粒界の
ないアモルファス状態になることにより、前記相互拡散
の起こる通路をなくして、熱的に安定なバリア層を形成
するようにしたものである。
第１図は本発明の一実施例による配線構造の形成方法を
説明する断面図である。
説明する断面図である。
図において、 Ｓｉ基板１の不純物導入領域上にコンタ
クト用の開口を持つ絶縁膜として厚さ６０００〜８００
０人のＳｉＯ□層〔又はＰＳＧ （燐珪酸ガラス）層〕
２を形成する。
クト用の開口を持つ絶縁膜として厚さ６０００〜８００
０人のＳｉＯ□層〔又はＰＳＧ （燐珪酸ガラス）層〕
２を形成する。
次に、開口を覆って基板全面にコンタクト層として厚さ
１００〜２００人の純ＡＩ層３を被着する。その上に気
相成長（ＣＶＤ）法により厚さ１０００〜２０００人の
ポリＳｔ層４を成長する。
１００〜２００人の純ＡＩ層３を被着する。その上に気
相成長（ＣＶＤ）法により厚さ１０００〜２０００人の
ポリＳｔ層４を成長する。
次に、リアクティブスパッタ法により、バリア層として
２例えば厚さ５００〜２０００人のＴｉＮ層５を成長す
る。
２例えば厚さ５００〜２０００人のＴｉＮ層５を成長す
る。
第２図は実施例に用いたりアクティブスパッタ装置の模
式断面図である。
式断面図である。
図において、１１はスパッタチャンバ（真空容器）、１
２は高融点金属からなるターゲット、１３は薄膜（バリ
ア層）を被着する半導体基板、１４は基板を保持する電
極、１５及び１９は電源、１６は基板加熱（冷却）手段
、１７はスパッタガス導入口、１８は排気口のゲートバ
ルブである。
２は高融点金属からなるターゲット、１３は薄膜（バリ
ア層）を被着する半導体基板、１４は基板を保持する電
極、１５及び１９は電源、１６は基板加熱（冷却）手段
、１７はスパッタガス導入口、１８は排気口のゲートバ
ルブである。
電極１４は接地電位より電気的に絶縁されており。
半導体基板１３に電源１５より接地電位に対して負の電
位を印加する。
位を印加する。
更に、基板加熱（冷却）手段１６により半導体基板１３
の温度を制御する。特に冷却手段を付加しているのは薄
膜形成中に入射粒子の持つエネルギにより、半導体基板
１３の温度が上昇するのを防止するためのものである。
の温度を制御する。特に冷却手段を付加しているのは薄
膜形成中に入射粒子の持つエネルギにより、半導体基板
１３の温度が上昇するのを防止するためのものである。
このような構成において、高進行状態のスパッタチャン
バ内にスパッタガスを導入し、薄膜を被着する基板温度
を１５０°Ｃ以下に保ち、且つ基板に負のバイアス電位
を印加してバリア層となる薄膜形成を行う。
バ内にスパッタガスを導入し、薄膜を被着する基板温度
を１５０°Ｃ以下に保ち、且つ基板に負のバイアス電位
を印加してバリア層となる薄膜形成を行う。
上記の例では、バリア層の一例として、 ＴｉＮ層を用
いたが、その形成条件を次に示す。
いたが、その形成条件を次に示す。
Ｔｉターゲット：直径８インチ、純度９９．９９％Ｓｉ
基板：直径４インチ スパッタガス：アルゴン（Ａｒ）、窒素窒素分圧（流量
比）：５０〜７５％ スパッタガス圧カニ １〜５ ｍｍＴｏｒｒターゲット
基板間投入電力１周波数： ３〜７ ＫＷ。
基板：直径４インチ スパッタガス：アルゴン（Ａｒ）、窒素窒素分圧（流量
比）：５０〜７５％ スパッタガス圧カニ １〜５ ｍｍＴｏｒｒターゲット
基板間投入電力１周波数： ３〜７ ＫＷ。
ＤＣ又は１３．５６ ＭＨｚ
ターゲット電位： 〜−４００Ｖ （ＤＣ成分）基板
電位： −１００〜−２００Ｖ （ＤＣ成分）注）
ＲＦ主電源用いた場合は誘起されるＤＣ成分を指す 基板温度：１５０℃以下 この実施例を含めて他の実施例については８次のような
組み合わせが挙げられる。
電位： −１００〜−２００Ｖ （ＤＣ成分）注）
ＲＦ主電源用いた場合は誘起されるＤＣ成分を指す 基板温度：１５０℃以下 この実施例を含めて他の実施例については８次のような
組み合わせが挙げられる。
ターゲット 窒化物 炭化物 硼化物
Ｔｉ ＴｉＮ ＴｉＣＴｉＢＴａ
ＴａＮ ＴａＣＴａＢＺｒ
ＺｒＮ ＺｒＣＺｉＢＨｆ ＩＩ ｆ Ｎ
１１ ｆ Ｃ１１ｆ Ｂ臀 讐Ｎ
ＷＣ讐Ｂ ただし、スパッタガスは炭化物薄膜形成の場合はＡｒと
メタン（ＣＨ，、）等を、硼化物薄膜形成の場合は計と
ジボラン（８２Ｈ６）等を用いる。
ＴａＮ ＴａＣＴａＢＺｒ
ＺｒＮ ＺｒＣＺｉＢＨｆ ＩＩ ｆ Ｎ
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ＷＣ讐Ｂ ただし、スパッタガスは炭化物薄膜形成の場合はＡｒと
メタン（ＣＨ，、）等を、硼化物薄膜形成の場合は計と
ジボラン（８２Ｈ６）等を用いる。
実施例の積層構造を用いてバリア層の熱的安定性を調べ
た結果、４８０℃、９０分の熱試験を行っても、 Ａｌ
−３ｔの相互拡散は認められなかった。
た結果、４８０℃、９０分の熱試験を行っても、 Ａｌ
−３ｔの相互拡散は認められなかった。
これば前述のように実施例の条件で形成したバリア層が
アモルファス伏熊であるために、相互拡散が起こるｉＪ
ｌ路が形成されないためと考えることができる。
アモルファス伏熊であるために、相互拡散が起こるｉＪ
ｌ路が形成されないためと考えることができる。
実施例においてはコンタクト領域のＡＩ配線層の下地は
Ｓｉ基板の不純物導入領域であったが、これの代わりに
基板上に形成されたＳｉエピ層、またはポリＳｉ層であ
っても本発明の効果は変わらない。
Ｓｉ基板の不純物導入領域であったが、これの代わりに
基板上に形成されたＳｉエピ層、またはポリＳｉ層であ
っても本発明の効果は変わらない。
以上説明したように本発明による高融点金属の窒化物、
酸化物、硼化物等からなるバリア層はＡｌ−５ｉ の相
互拡散を抑制するため、バリア層形成後の熱処理は不要
となり、製造歩留を向上することができる。
酸化物、硼化物等からなるバリア層はＡｌ−５ｉ の相
互拡散を抑制するため、バリア層形成後の熱処理は不要
となり、製造歩留を向上することができる。
第１図は本発明の一実施例による配線構造の形成方法を
説明する断面図。 第２図は実施例に用いたりアクティブスパッタ装置の模
式断面図である。 図において。 １はＳｉ基板。 ２は絶縁膜でＳｉＯ□（又はＰＳＧ）層。 ３は純Ａ１層。 ４はポリＳｉ層。 ５はバリア層で例えばＴｉＮ層。 夢は配線層で純へ１（又は篩−Ｃｕ等）層。 １１はスパッタチャンバ（真空容器）。 １２は高融点金属からなるターゲット １３は薄膜を被着する半導体基板。 １４は基板を保持する電極。 １５、１９は電源。 １６は基板加熱（冷却）手段。 １７はスパッタガス導入口。 １８は排気口のゲートバルブ ７１口 装置の町ｍ斤 子２ｍ
説明する断面図。 第２図は実施例に用いたりアクティブスパッタ装置の模
式断面図である。 図において。 １はＳｉ基板。 ２は絶縁膜でＳｉＯ□（又はＰＳＧ）層。 ３は純Ａ１層。 ４はポリＳｉ層。 ５はバリア層で例えばＴｉＮ層。 夢は配線層で純へ１（又は篩−Ｃｕ等）層。 １１はスパッタチャンバ（真空容器）。 １２は高融点金属からなるターゲット １３は薄膜を被着する半導体基板。 １４は基板を保持する電極。 １５、１９は電源。 １６は基板加熱（冷却）手段。 １７はスパッタガス導入口。 １８は排気口のゲートバルブ ７１口 装置の町ｍ斤 子２ｍ
Claims (1)
- 珪素（Ｓｉ）基板とアルミニウム（Ａｌ）を含む配線
層との間にバリア層を形成するに際し、リアクティブス
パッタ法により、該基板の温度を１５０℃以下に保持し
、該基板を接地電位に対して負の電位を印加して高融点
金属を含む物質からなるバリア層を該基板上に形成する
ことを特徴とする金属配線構造の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14069488A JPH01309321A (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 金属配線構造の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14069488A JPH01309321A (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 金属配線構造の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01309321A true JPH01309321A (ja) | 1989-12-13 |
Family
ID=15274574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14069488A Pending JPH01309321A (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 金属配線構造の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01309321A (ja) |
-
1988
- 1988-06-08 JP JP14069488A patent/JPH01309321A/ja active Pending
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